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1、分类号 密级 毕 业 设 计（论 文）题 目 硅铁合金氮化的实验研究 英文题目 Experimental Study on the Nitridation of Ferrosilicon Alloy 学生姓名 杨景周 院（系） 材料科学与工程 专 业材料科学与工程 学 号 3102113 毕业设计（论文）任务书学生姓名 班级31021专业材料科学与工程导师姓名 职称副教授教 授院（系）材料科学与工程毕业设计（论文）题目硅铁合金氮化的实验研究课题研究的目的、意义硅铁合金目前主要应用于钢铁冶炼工业。本课题提出对硅铁合金进行氮化实验研究，希望获得硅铁合金氮化产物的物相组成和显微结构的相关实验数据，为
2、进一步研究用硅铁合金氮化制备新型氮化物陶瓷材料和用金属相强韧化陶瓷提供一定的理论基础。同时，也为硅铁合金的增值利用开辟新的技术途径。本课题研究具有重要的学术意义和实用价值。主要内容基本要求主要内容：进行硅铁合金氮化实验，研究氮化温度对产物的相组成、显微结构和理化性能的影响；初步探讨硅铁合金粉体的氮化机理；并对硅铁合金氮化制备氮化硅铁复相材料进行探索研究。基本要求：（1）实验数据应符合事实；（2）毕业设计符合学校要求。重点研究的问题（1）揭示硅铁合金氮化产物的物相组成、显微结构及其理化性能；（2）探讨硅铁合金粉体的氮化机理。实验及测试要求（1）实验过程操作规范、记录清楚；（2）实验原料的粒度为-
3、200目。进度计划2006年2月底3月底，查阅文献，设计实验方案，完成实验前期准备工作；2006年3月底5月初，按实验方案进行实验，收集并初步处理实验数据；2006年5月初6月初，整理实验数据以及实验资料，撰写毕业设计（论文）。应收集的资料及主要参考文献应收集的资料：（1）有关硅铁合金氮化和氮化硅铁复相材料制备等方面文献资料；（2）本次实验所需仪器的正确使用方法和氮化实验的相关资料。主要参考文献：1 许传才编.铁合金冶炼工艺学.西北大学出版社.1996，62 李世普主编. 特种陶瓷工艺学.武汉：武汉工业大学出版社.2003，3重印（1990年12月第1版） 121127，1333 王零森编著.
4、特种陶瓷.中南工业大学出版社.1994发出任务书日期： 指导教师签名： 教研室主任签名： 摘 要硅铁合金主要应用于钢铁冶炼工业，具有价格较低的优势。本课题提出对硅铁合金进行氮化实验研究，希望获得硅铁合金氮化产物的物相组成和显微结构的相关实验数据，为进一步研究用硅铁合金氮化制备新型氮化物陶瓷材料和用金属相强韧化陶瓷提供一定的理论基础。同时，也为硅铁合金的增值利用开辟新的技术途径。本课题研究具有重要的学术意义和实用价值。对本文选用的FeSi75硅铁合金原料的相组成进行的分析研究结果表明，FeSi75硅铁合金的主要物相为Si和FeSi2。硅铁原料经过破碎、磨细、造粒、干压成型、冷等静压密实制备出试样
5、生坯，并分别在1400 、1500 、1600 、1700 的温度和0.9MPa流动氮气气氛中进行氮化实验。XRD分析结果显示：1400 和1500 氮化产物为-Si3N4，还有残余的未反应的Si和FeSi2；1600 和1700 氮化产物主要为-Si3N4、-Si3N4和Fe3Si。SEM观察得到：-Si3N4为针状，-Si3N4为长柱状；Fe3Si存在于结合相中。分析认为：FeSi75合金粉体氮化本质是金属Si和相的氮化。以硅铁合金粉为原料，采用精细陶瓷的制备工艺，经过1700氮化烧成制得了性能较好的氮化硅铁复相陶瓷材料。复相陶瓷的抗折强度为135.81MPa，体积密度为2.62g/cm3
6、，显气孔率为16.38%。显微结构研究发现该复相陶瓷材料基体内大部分气孔中生长有大量的氮化硅。氮化硅晶体形貌及尺寸为：-Si3N4呈针状，直径约为0.5m，长约20m；-Si3N4呈长柱状，直径约为2.5m，长为1520m，长径比为68。关键词：硅铁合金； 高温氮化； 实验研究； 氮化硅铁； 复相陶瓷ABSTRACTFerrosilicon alloy is mainly used in metallurgic industry, which has low cost. In this paper, the nitridation of ferrosilicon alloy is propos
7、ed. It is expected that the experimental data of phase composition and microstructure of the products can be obtained. Additionally, it is hoped that the theoretical basis of preparing nitride ceramics from ferrosilicon alloy by nitridation and toughening ceramics with ductile metal phase may be acq
8、uired. Simultaneously, a new technical method for the utilization of added value of ferrosilicon alloy will be exploited. The academic and practical value of this study is very significant.The result of XRD shows that the phases in FeSi75 alloy adopted in this paper are Si and FeSi2. Green bodies we
9、re prepared by crashing, milling, prilling, dry pressing and isostatic cool pressing. After drying, green bodies were nitride in flowing nitrogen gas with 0.9MPa pressure, respectively at 1400, 1500, 1600, 1700. The nitride products were studied by X-ray diffraction (XRD). It indicated that the phas
10、es in sample nitride in 1400 , 1500 were -Si3N4, Si and FeSi2.Differently, the phases in sample nitride at 1400 , 1500 were -Si3N4, -Si3N4 and Fe3Si.It was observed by SEM that -Si3N4 was like needle; -Si3N4 was like long columnar；Fe3Si presented in combining phase. Besides, the investigation indica
11、tes that the nitride instinct of FeSi75 alloy is the nitridation of Si and phase。Ferrosilicon nitride diphase ceramics with excellent properties were obtained from FeSi75 alloy powder by nitriding at 1700, before which the preparing technique for fine ceramics was adopted. Bend strength of the ceram
12、ic is 135.81MPa, the volume density is 2.62g/cm3, and the apparent porosity is 16.38%. It was found by SEM that silicon nitride crystal clusters grew in many pores, whose characters were that -Si3N4 was needle whit 0.5m diameter and 20m length; -Si3N4 was long column with 2.5m diameter, 1520m length
13、 and 68 slenderness ratio.Key words：Ferrosilicon alloy; High temperature nitridation; Experimental study; Ferrosilicon nitride; Diphase ceramics目 录1绪论 11.1硅铁合金概述 11.1.1硅铁合金发展简史 11.1.2硅铁合金的分类与性质 11.1.3硅铁合金的合成 11.1.4硅铁合金的用途 61.2氮化硅概述 61.2.1氮化硅的两种晶型 61.2.2氮化硅粉末的合成方法 81.2.3氮化硅陶瓷的结构、性能、烧结及用途 81.3氮化硅铁复相陶瓷
14、概述 121.3.1氮化硅铁的组成与用途 121.3.2氮化硅铁的研究现状 121.4硅粉氮化工艺及其机理 131.5选题目的和意义 141.6主要研究内容 142实验部分 152.1原料 152.2仪器设备 152.3实验方案及过程152.4测试与表征 162.4.1抗折强度 162.4.2体积密度 172.4.3显气孔率 172.4.4物相分析（XRD）172.4.5显微结构（SEM） 182.4.6微区成分（能谱仪） 183结果与讨论 193.1氮化产物的照片与分析 193.2氮化产物的烧结性能与力学性能分析 213.3氮化产物的XRD图谱对比与分析233.4氮化产物的显微结构与微区成分
15、分析273.4.1 1400氮化产物的SEM照片与分析273.4.2 1500氮化产物的SEM照片与分析283.4.3 1600氮化产物的SEM照片与分析293.4.4 1700氮化产物的SEM照片与分析303.4.5 1700氮化产物的微区成分分析 313.5 FeSi75合金粉体氮化机理探讨343.5.1 FeSi75合金粉体氮化过程中可能发生的化学反应 343.5.2硅粉直接氮化的机理 343.5.3氮化硅晶体的生长机理 363.5.4 FeSi75合金粉体氮化机理探讨 37结论 40致谢 41大学本科期间发表的论文和专利介绍 42参考文献 43 1 绪 论1.1 硅铁合金概述1.1.1
16、硅铁合金发展简史1858年谢泼德(Shepard)在陨石中发现成分为87.28%Fe，11.01%Si的金属，并建议起名硅铁。1810年瑞典人贝采利乌斯(J.J.Brezelius)在锻工炉内用铁屑、石英石和松木炭冶炼出含2.2%9.3%Si的5种硅铁。根据戴维斯(E.J.Davis )和盖特(A.D.Gate)的报导，美国于1872年在格洛比(Globe)钢铁公司的高炉生产6%16%Si的硅铁。1875年普尔塞尔(A.Pourcel)在泰尔努瓦的高炉内，炼得含10%18%Si的硅铁。1899年迪夏尔莫(Du Cholmol)在美国威尔逊铝公司的霍尔库姆罗克厂的电炉冶炼出含25%50%Si的硅
17、铁，并获得美国专利。以后由电弧炉取代高炉生产硅铁，并以生产75%Si与50%Si两种硅铁为主。20世纪50年代以前，中国重庆用电炉试生产硅铁，鞍山在4001200KVA电炉中生产硅铁。1952年抚顺铝厂开始用6000KVA电炉生产75%Si的硅铁。1956年吉林铁合金厂开始用12500KVA电炉生产45%Si的硅铁，以后又生产FeSi751。1.1.2硅铁合金的分类与性质硅铁(ferrosilicon)是铁和硅组成的铁合金。炼钢用作脱氧剂与合金剂。铸铁中用作脱氧剂与变性剂。选矿工业用作加重剂，焊条工业用作涂料，铁合金工业用作还原剂。按照含硅量划分，硅铁分为以下几个品种：FeSi90(含87%9
18、5%Si)，FeSi75(含72%80%Si)，FeSi65(含63%68%)，FeSi45(含40%47%Si)，FeSi15(含14%20%Si)等。根据不同用途对杂质Al、Ca、S、P、C、Mn、Cr 等另有规定。以硅铁为基组成的复合合金品种很多，重要的有镁硅铁，用作生产球墨铸铁的球化剂；铝硅铁，用作炼钢脱氧剂等。图1-1是硅和铁的二元系相图。从图1-1中可以看出硅和铁组成化合物有Fe3Si、Fe5Si3、FeSi、FeSi2 等。75硅铁(FeSi75)熔化温度范围为13001330，45硅铁(FeSi45)熔化温度范围为12501360。硅铁密度随硅含量增加而减小，如图1-2所示。利
19、用图1-2可以根据硅铁合金的密度快速推算硅铁的含硅量。液态硅铁在缓慢冷却过程中，密度小的富硅部分上浮，密度大的硅化铁下沉，使硅铁的成分产生偏析。为减少硅铁锭的偏析，必须降低硅铁浇铸温度，控制锭厚度；或分层浇铸和加快锭的冷却速度。从图1-1中可以看出，当含硅量在53.5%56.5%之间时，硅铁中存在相。在冷却过程中，随着相向FeSi2转化，固体硅铁锭发生显著的体积变化，使铁锭内部产生裂缝，造成硅铁粉化。金相研究证明，硅铁中的杂质大多以磷化物和砷化物的形态聚集于晶粒间界。当空气中的水分渗入铁锭内的裂缝后与聚集在晶粒间界的磷化物和砷化物反应，生成有毒的PH3 和AsH3气体，使晶粒间界遭到彻底破坏，
20、也是硅铁粉化的另一因素。1.1.3 硅铁合金的合成1.1.3.1原料及其要求 冶炼硅铁的主要原料是硅石、焦炭和铁屑。对于含硅的原料一般只采用SiO2含量很高的石英和石英岩，通称硅石，用于冶炼硅铁的硅石必须符合下列各项要求：1) 硅石中SiO2含量要求大于97%，由于二氧化硅是一种相当稳定的氧化物，还原时需要相当高的反应温度。如果硅石中SiO2含量较低，在同其他氧化物（如Al2O3和CaO）结合成稳定化合物时将需要更高的反应温度，这会增加电能和还原剂的消耗，降低元素的回收率。 图1-1 硅铁系平衡相图图1-2 硅铁密度与含硅量的关系2) 硅石中有害杂质含量要低。硅石中主要杂质有Al2O3、MgO
21、、CaO、P2O5和Fe2O3。除Fe2O3外其余氧化物均为有害杂质。硫和磷是降低钢质量的有害元素，磷还是加剧硅铁粉化倾向的一个有害成分。一般硅石硫含量很低，而且硫很容易形成挥发性很强的SiS和SiS2挥发跑掉，因而硅石中硫的含量不予要求，而必须对磷的含量严格控制，因为在冶炼过程时硅石中大约80%的磷被还原进入合金，为此要求硅石中的磷含量必须小于0.03%。在硅石冶炼过程中，CaO、MgO和Al2O3都是成渣氧化物，且铝和钙的还原还会污染合金。在这几种氧化物中，以Al2O3的影响为最大。一般说来，除了硅石本身含有Al2O3外，硅石表面粘附有泥土也是硅石Al2O3含量升高的一个重要原因，因而用于
22、配料的硅石最好用水浇。为保证产品质量和使炉况顺利，硅石中Al2O3含量必须小于1%，CaO和MgO含量之和也应小于1%。3) 硅石要有良好的抗爆性。硅石在升温过程中，因晶型转变及失水可能出现碎裂。使用在炉内碎裂严重的硅石冶炼硅铁，会恶化料面的透气性。因此，对硅石和石英岩来说，除对其他化学成分有严格要求外，矿石的高温强度即抗爆性也是矿石的一个质量指标。在小型电炉中，由于炉口温度较低，矿石的爆裂问题并不突出，因而小型电炉选用硅石时，硅石的化学成分仍起决定作用。但在大型电炉中，虽然化学成分合格，但高温强度差的硅石是不能用于冶炼硅铁的。各种硅石的高温强度主要取决于硅石的成分及结构，在实际生产中，硅石的
23、高温强度可根据硅石在料面爆裂的情况和硅石的吸水性粗略地估计（吸水率5%）。碳含量0.5%的硅石也不适用于冶炼硅铁，因为加热时体积膨胀，致使炉料透气性恶化，因此应选择含碳低的硅石。4) 硅石入料时要有一定粒度。用于配料的硅石其入炉粒度对冶炼影响很大，粒度过小的硅石不仅含有较多的杂质，而且会严重影响料面的透气性。粒度过大的硅石，易造成炉料分层，延缓炉料的熔化和还原反应速率。通常大电炉合适的硅石入炉粒度范围为40120mm，小电炉则为2580mm。1.1.3.2硅铁的合成 二氧化硅是一种很难还原的氧化物，生产上为了把氧从二氧化硅中除去，采用在矿热炉内高温条件下，以焦炭中的碳夺取SiO2中的氧，生成气
24、态的CO通过料层从炉口逸出而把硅还原出来。用碳还原二氧化硅的基本反应式： GO=711698-367.60T上式是吸热反应，提高炉温可加速反应的进行，反应的理论开始温度为1663，即当温度达到1663反应才开始，因此单独用碳还原SiO2是比较困难的。 Fe有促进SiO2还原的作用。在有铁存在的条件下，上式还原出来的硅与铁按下式反应生成硅铁； 生成硅化铁的反应是放热反应，因而它能降低二氧化硅还原的理论开始温度，并能改善二氧化硅的还原条件。按化学平衡条件，减少基本式中生成的Si的数量，可促进SiO2还原反应向生成物方向进行。所以铁具有促进SiO2被还原的作用。 冶炼的硅铁含硅越低，二氧化硅被还原的
25、理论开始温度也就越低。冶炼含硅大于33.4%的硅铁时，实际冶炼产物可看成由FeSi+Si组成。因而冶炼硅铁时的总方程式可以写成： 冶炼75硅铁时，总反应方程式为：理论反应温度降为1623，由此可见有铁的存在，可降低SiO2的理论还原温度。 冶炼45硅铁时，总反应式为：理论反应温度降为1518，显然冶炼45硅铁理论开始还原温度比75硅铁低。 SiO能促进SiO2还原反应加速进行。硅铁冶炼的基本反应，只是二氧化硅被碳还原的总反应，实际炉内的反应比这复杂的多。实验表明氧化物的还原，是由高价氧化物逐步还原成低价氧化物。一般认为碳还原SiO2时先生成中间产物一氧化硅，而后再被还原成硅。 在1700180
26、0冶炼硅铁时，二氧化硅先按下式被还原成SiO： 然后大部分的SiO气体在上升过程中广泛地和碳接触并作用，按下式还原成Si： 而生成的大部分硅与铁形成FeSi：Fe+Si=FeSi。FeSi沉积于熔池中，而少部分硅将与SiO2作用生成SiO。其反应方程式为：生成的SiO再和C反应生成Si： 从上述反应式中，可以看出中间产物一氧化硅对促进冶炼反应的进行是一个重要环节。在1700以上温度时，大部分一氧化硅挥发到焦炭气孔中，广泛地与碳接触，反应还原生成的硅大部分与铁形成硅铁，少部分在高温区与SiO2作用，反应生成SiO。然后SiO又和碳进行反应生成Si，结果反应连续不断地进行。由此可知SiO不只是反应
27、的中间产物，它还可以促进反应加速进行。 SiC也能促进SiO2还原反应加速进行。在较低温度下，焦炭加入量较多时，二氧化硅按下式反应生成反应中间产物SiC： 生成的SiC在有铁存在时，可以在较低的温度下与Fe反应，生成硅化铁： 在高温下，SiC则与SiO2和SiO按下式反应，生成Si： 生成的Si又与Fe形成FeSi。反应连续不断地进行下去，因此SiC促进还原反应的加速进行。综上所述，冶炼硅铁时二氧化硅还原反应的机理可用图1-3加以描述。图1-3硅石冶炼中二氧化硅还原机理由图1-3可以看出，硅石中的SiO2用碳还原生成硅铁，要经过两条路线，一条是先生成中间产物SiO，然后再被C还原生成Si，Si
28、与Fe形成硅铁；另一条是先生成中间产物SiC，并与铁反应直接生成FeSi，或者是SiC与SiO2或SiO反应生成硅，硅与铁形成FeSi。图1-4是冶炼硅和硅铁时，某些反应自由焓变化与温度的关系。由图可见，随温度升高，G减小，SiO2更容易被还原。图1-4冶炼硅铁主要反应的自由焓变化与温度的关系冶炼硅和硅铁时，保证炉膛有足够高的温度，使炉内SiC的生成反应保持平衡以及减少SiO的挥发损失，对提高硅回收率，降低电耗有决定性意义。冶炼过程中，Si的损失主要由SiO的挥发造成的。炉内产生SiO的反应主要是：SiO2CSiOCO SiO2Si2SiO此外，在电弧的高温下，SiO2分解会产生SiO：SiO
29、从炉内逸出，遇氧时将燃烧成细散的SiO2微粒，并发出耀眼的白色火焰。毫无疑问，所炼的硅铁含硅越高，硅的挥发损失也就越大，相应的硅的回收率降低，单位电耗升高。从上述硅石反应可以看出，为了保证冶炼过程的顺利进行，冶炼硅和硅铁需在17001800的高温下进行，在此温度下，炉料中Al2O3和CaO也将被还原，其还原反应如下： 实践证明，在冶炼硅和硅铁的条件下，炉料中的Al2O3和CaO约有4050%被还原而进入合金，成为合金的有害杂质。 炉料中的铁、磷等氧化物，在较低的温度下便可按下式反应充分被还原出来： 由于硅石中的Fe2O3、FeO还原出来的铁能促进SiO2的还原反应，因此对硅石中的Fe2O3等没
30、有限制。而在硅石中的P2O5被还原时80%进入合金中，成为硅铁中的有害杂质，因此要求硅石中P2O5含量越低越好，一般低于0.03%2。1.1.4 硅铁合金的用途硅铁是铁合金工业最早和最主要的产品之一，硅铁在炼钢工业、铁合金工业、铸铁工业以及其它工业领域有着广泛的应用。1) 在炼钢工业中用作脱氧剂和合金剂。硅和氧之间的化学亲和力很大，因而硅铁是炼钢工业中不可缺少的脱氧剂。除沸腾钢和半镇静钢外，钢中硅的含量应不小于0.10% 。硅在钢中不形成碳化物，而是固溶进铁素体和奥氏体中。硅提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，但降低钢的韧性和塑性；对钢淬透性的影响中等，但可提高钢的回火稳定性和抗
31、氧化性，故硅铁在炼钢工业中用作合金剂。硅还具有比电阻较大、导热性较差和导磁性较强等特性。钢中含有一定量的硅，能提高钢的导磁率，降低磁滞损耗，减少涡流损失。此外，在炼钢工业中，利用硅铁粉在高温下燃烧能放出大量热这一特点，常作为钢锭帽发热剂使用以提高钢锭的质量和回收率。 2) 铸铁中添加硅可阻止碳化物的形成，促进石墨的析出和球化，硅镁铁是普遍使用的球化剂。含钡、锆、锶、铋、锰、稀土等的硅铁，在铸铁生产中用作孕育剂。 3) 铁合金生产中用作还原剂。不仅硅与氧之间化学亲和力很大，而且高硅硅铁的含炭量很低，因此高硅硅铁（或硅质合金）是铁合金工业中生产低碳合金时比较常用的一种还原剂。4) 在其他方面的用途
32、。磨细或雾化处理过的硅铁粉，在选矿工业中可用作为悬浮相；在焊条制造业中可作为焊条的涂料；高硅硅铁在化学工业中可用于制造硅酮等产品1-3。1.2 氮化硅概述1.2.1氮化硅的两种晶型-Si3N4是针状结晶体；-Si3N4是颗粒状结晶体。两者均属六方晶系。都是SiO4四面体共角顶构成的三维空间网络。Jack指出，相是由几乎完全对称的六个SiO4四面体组成的六方环层在c轴方向的重叠而成，而相是由两层不同且有形变的非六方环层重叠而成。相结构的内部应变比相大，故自由能比相高。将高纯硅在12001300下氮化可得到白色或灰白色的-Si3N4，而在1450左右氮化可得到-Si3N4。-Si3N4在14001
33、600下加热，会转变成-Si3N4，因而人们曾认为，相和相分别为低温和高温两种晶型。但随着深入的研究，很多现象不能用高、低温两种晶型来解释。最明显的是低于相变温度的反应烧结Si3N4中，、相几乎同时出现，最后相占1040%。又如在SiCl4-NH3-H2系中加入少量TiCl4，13501450可直接制备出-Si3N4，该系在1150生成沉淀，然后于Ar气中1400热处理6小时，得到的仅是-Si3N4。看来该系中的-Si3N4不是由相转变来的，而是直接生成的。研究证明：相相是重建式转变，认为相和相除了在结构上有对称性高低的差别外，并没有高低温之分，相只不过在热力学上是稳定的。相对称性低，容易形成
34、。在高温下相发生重建式转变，转化为相，某些杂质的存在有利于相相的转变4。两个相的晶格常数及密度的数据列于表1-14。从表中可以看出，相和相的晶格常数相差不大，而相的晶格常数c约为相的两倍。这两个相的密度几乎相等，在相变过程中不会引起体积的变化。在1个大气压下，1900左右，Si3N4发生分解。Si-N间以共价键结合，键合强度高。用X射线分析方法测得相和相的平均热膨胀系数分别为3.010-6/和3.610-6/。相和相的显微硬度分别为1610GPa和32.6524.5GPa。Si3N4的结晶学和物理性质列于表1-2和表1-3，表中数据来源于参考文献5和6。表1-1 Si3N4的晶格常数及密度物
35、相晶格常数()单位晶胞分 子 数计算密度(g/3)ac-Si3N47.7480.0015.6170.00143.184-Si3N47.6080.0012.9100.000523.187表1-2 Si3N4的结晶学性质晶相组成晶 系空间群a0()c0()c0/a00(gcm-3)0(gcm-3)型Si3N4Si11.5N5O0.5六 方晶 系P31/c7.7605.6200.7243.1603.183型Si3N4六 方晶 系P63/m7.6102.9100.765/23.1923.192表1-3 Si3N4的物理性质颜 色(gcm-3)HM熔 点()比 热(KJ/(kgK) (10-6/-1)电
36、阻率(cm)白灰型：3.1603.170型：3.19291900（分解升华）0.713.23.7101310141.2.2 氮化硅粉末的合成方法Si3N4粉末的合成方法主要有四种4：Si的直接氮化法、SiO2碳热还原氮化法、亚胺和胺化物热分解法和SiCl4或SiH4与NH3气的化学气相沉积法。1) Si的直接氮化法反应方程式：3Si +2N2 Si3N4Si粉氮化制备的Si3N4粉体一般为-Si3N4和-Si3N4的混合物，根据氮化工艺不同，得到的和相的含量也不一样。将高纯硅粉在12001300氮化可得到高相含量Si3N4，而在1455氮化则得到高相含量Si3N4。大量文献报道，以高相含量的S
37、i3N4粉体为起始原料制得的陶瓷力学性能好。其原因在于：相多的原料最终获得的产品含有针状Si3N4晶体；相多的原料最终获得的产品含有粒状-Si3N4晶体，构成不同结构，两者强度相差较大。硅粉氮化为放热反应，因此氮化时要很好地控制升温制度，否则由于放热可能使温度超过所需的氮化温度，使-Si3N4相增多；另外，超过硅的熔点 (1400)4就会使硅粉熔化成团，不利于氮化反应的进行。所以氮气的纯度、硅粉细度及氮化温度都是影响Si3N4粉合成的重要因素。2) SiO2碳热还原氮化法含SiO2和C的原料纯度越高，合成的Si3N4粉末纯度越高、粒度越小。SiO2碳热还原反应吸热，反应速率比硅粉直接氮化法快。以SiO2-C-N2系来说，其总反应式为：3SiO2 + 6C + 2N2 = Si3N4 + 6CO 研究证明，用SiO2碳热还原法制备的Si3N4粉末相含量高，烧结后材料抗弯强度较高，证明此法是可以制备出高性能粉末的。然而SiO2不易还原氮化完全是一个较严重的问题。合成的Si3N4粉末中，若存在少量